8、机器人重力补偿与弹性执行器技术解析

机器人重力补偿与弹性执行器技术解析

1. 机器人关节能耗与平衡机制

在机器人的运行过程中，关节的能耗是一个关键问题。以某些机器人的关节 2 和 3 为例，不同任务下的能耗情况差异明显。以下是具体的能耗数据：
| 任务 | 关节 | 无 CBM 能耗 (J) | 有 CBM 能耗 (J) | 能耗降低百分比 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 任务 1 | 关节 2 | 80.2 | 29.9 | 62.7% |
| 任务 1 | 关节 3 | 44.8 | 17.6 | 60.7% |
| 任务 2 | 关节 2 | 199.4 | 33.0 | 83.5% |
| 任务 2 | 关节 3 | 126.6 | 50.2 | 60.3% |
| 任务 3 | 关节 2 | 111.4 | 17.0 | 84.7% |
| 任务 3 | 关节 3 | 80.4 | 17.4 | 78.4% |

从表格中可以清晰地看到，使用平衡机制（CBM）后，关节 2 和 3 的能耗显著降低。例如，在任务 3 中，关节 2 的能耗降低了 84.7%。能耗的计算公式为 (E = \frac{1}{0.5}\sum_{i = 0}^{n}|\tau_j(i)|\Delta\theta(i))，其中 (i) 是离散时间索引，(n) 是最终时间，(\Delta\theta) 是关节的微小角位移。这里假设谐波驱动器的能量效率为 50%，且控制器消耗的能量可忽略不计。

CBM 可以通过多种机制实现，如拉伸弹簧型、线式、齿轮式和连杆式机制。每种类型都有其优缺点，因此应根据应用的特点来选择合